JP3189487U - フッ素ガスプラント - Google Patents

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Abstract

【課題】フッ素分子（Ｆ２）の存在に関連する安全性の危険を最小限にしながら、使用場所（ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｕｓｅ）まで必要な量のフッ素の安定的かつ経済的な供給を可能にするフッ素ガスプラントを提供する。【解決手段】原材料供給、Ｆ２精製ステップおよび排ガス軽減システムなどのいくつかのさらなるプロセスステップを含む、フッ素の使用場所３を有するフッ素供給ライン２に接続されたフッ素発生装置１と、フッ素供給システム２に接続可能な常設フッ素貯蔵装置４と、を具備し、フッ素貯蔵装置４が複数の中空体５を備える。中空体５のうちの少なくとも１つが、内部容積が５０Ｌ以上、好ましくは１００Ｌ以上である。【選択図】図１

Description

全開示内容がすべての目的で参照により本明細書に組み込まれる、２０１０年９月１６日に出願された欧州特許出願第１０１７７２０６．９号明細書に対する優先権を主張する本考案は、フッ素ガスプラントと、フッ素ガスの供給方法とに関する。
フッ素分子（Ｆ２）および特に不活性ガス、たとえばＮ２またはＡｒとの混合物等のフッ素ガスは、たとえば、半導体製造プロセスにおけるプロセスチャンバ用のクリーニングガスとして有用である。
（特許文献１）（（特許文献２）に対応）は、処理システムに高純度フッ素を配給する方法において、固定貯蔵装置に高純度フッ素を供給する現場フッ素発生器であって、固定貯蔵装置から処理システムに高純度フッ素が供給される、フッ素発生器を開示している。フッ素発生器にバックアップを提供するために、可搬式ガス貯蔵容器、たとえばマルチシリンダパックにも、比較的低い圧力、典型的には３５ｐｓｉｇ未満で高純度フッ素が提供される。可搬式貯蔵容器は、貯蔵装置内のフッ素の量を所望レベルで維持することができるように要求に応じて、固定貯蔵装置に選択的に接続される。
国際公開第２００６／０６７３６４−Ａ１号パンフレット 米国特許出願公開第２００６／０１３０９２９号明細書
Ｆ２の存在に関連する安全性の危険を最小限にしながら、使用場所（point of use）まで必要な量のフッ素の安定的かつ経済的な供給を可能にするフッ素ガスプラントが見いだされた。
本考案は、その結果、フッ素の使用場所（３）を有するフッ素供給システム（２）に接続されたフッ素生成装置（１）と、前記供給システムに接続可能な常設フッ素貯蔵装置（４）とを備え、前記フッ素貯蔵装置が複数の中空体（５）を備える、フッ素ガスプラントに関する。
フッ素供給システムと、一例を挙げれば６つの中空体を有する、フッ素ガス貯蔵装置とに接続された、本考案によるフッ素ガスプラントの概略図である。
「フッ素ガス」は、特に、フッ素分子（Ｆ２）と、特に不活性ガスとのその混合物とを示すように理解される。不活性ガスを、たとえばアルゴンおよび窒素から選択することができる。好ましいフッ素ガスは、Ｆ２から構成されるかまたは本質的に構成される。
「常設フッ素貯蔵装置」は、特に、フッ素プラントに組み込まれるフッ素貯蔵装置を示すように理解される。たとえば、フッ素貯蔵装置は、フッ素プラントの運転を通してフッ素供給システムの付近に恒久的に存在する可搬式装置であり得る。好ましくは、フッ素貯蔵装置は、フッ素プラントの運転を通してフッ素供給システムの付近に恒久的に存在する可搬式装置であり得る。したがって、フッ素プラントの運転中、常設フッ素貯蔵装置は、フッ素供給システムの付近に恒久的に存在するが、それにも関らず、フッ素プラントが運転中でない間、常設フッ素貯蔵装置を、それが供給システムに接続可能であるためフッ素プラントから分離することができ、したがって、常設フッ素貯蔵装置は、フッ素プラントの非運転時に切断可能である。常設フッ素供給システムの１つまたは複数のそれぞれの弁を閉鎖し、必要である場合、たとえばそれぞれの中空体に問題がある場合、フッ素プラントの運転を中断することなく中空体のうちの１つまたは複数を切断することが可能である。したがって、常設フッ素貯蔵装置により、中空体のうちの１つまたは複数の故障の場合であっても連続的なプラント運転が可能になる。
好ましくは、常設フッ素貯蔵装置は、プラントに貯蔵されるフッ素ガスの総重量に対して９０ｗｔ％を超える、より好ましくは９５ｗｔ％を超える、もっとも好ましくは約１００ｗｔ％のフッ素ガスを収容するように設計されている。したがって、追加の貯蔵タンクは不要である。
「フッ素供給システム」は、特に、フッ素を収容することができ、かつフッ素発生装置から使用場所までフッ素を搬送することができる要素を示すように理解される。フッ素供給システムのあり得る構成要素としては、限定されないが、供給ライン、圧縮機、混合装置およびバッファタンクがある。
「接続可能」とは、特に、常設フッ素貯蔵装置がフッ素供給システムの構成要素に接続されることが可能であるように備え付けられていることを示すように理解される。好ましくは、常設フッ素貯蔵装置は、フッ素供給ラインに接続されることが可能であるように備え付けられている。好ましい態様では、フッ素貯蔵装置は、フッ素プラントの運転を通して、フッ素供給システムの構成要素、特にフッ素供給ラインに接続される。さらなる好ましい態様では、フッ素貯蔵装置は、フッ素供給システムの構成要素に直接接続される。
フッ素供給システムの構成要素に接続されたフッ素貯蔵装置を接続する好適な機器は、ラインを介してフッ素貯蔵装置の各中空体（５）に接続され、かつ好ましくは各ラインに各中空体を個別に隔離することができる遮断弁（７）を有している、マニホルド（６）を含み、前記マニホルドは、フッ素供給システムの構成要素にさらに接続されている。
本考案によるプラントでは、たとえば、適切な場合は中空体、弁、およびガスを充填および／または排出するライン等、ガスと接触すると考えられているプラントの部品は、好適には、フッ素分子に対して耐性がある材料から作製されるかまたはそれによってコーティングされる。こうした材料の例としては、モネルメタル、ステンレス鋼、銅および好ましくはニッケルが挙げられる。
本考案によるプラントでは、フッ素貯蔵装置は、好ましくは、４個〜２５個の中空体、より好ましくは５個〜８個の中空体を備えている。中空体は、好ましくは、実質的に同一の形状および寸法である。個々の中空体は、好ましくは、寸法誤差が、中空体の各々の平均容積の±５％以内であり、好ましくは、各中空体は、内部容積がおよそ同じである。円柱形状の中空体が好ましい。
フッ素貯蔵装置の中空体を、好適には、適切な枠によって合わせて固定することができる。特定の枠形状としては、三角形、正方形および矩形の形状が挙げられる。
好ましくは、中空体の各々は、単一の結合された入口／出口開口部を有しており、そこを通じて、Ｆ２が中空体に供給されかつ中空体から引き出される。
本考案によるフッ素ガスプラントでは、フッ素貯蔵装置は、概して、少なくとも２５ｐｓｉｇの圧力でフッ素ガスを収容することができるかまたは収容する。多くの場合、この圧力は、３５ｐｓｉｇ以上であり、好ましくは４０ｐｓｉｇ以上である。本考案によるフッ素ガスプラントでは、フッ素貯蔵装置は、概して、最大４００ｐｓｉｇ、通常は７５ｐｓｉｇ以下の圧力でフッ素ガスを収容することができるかまたは収容する。多くの場合、この圧力は、６５ｐｓｉｇ以下であり、好ましくは６０ｐｓｉｇ以下である。フッ素貯蔵装置は、好ましくは、２５ｐｓｉｇ〜７５ｐｓｉｇの圧力でフッ素ガスを収容することができるかまたは収容し、より好ましくは、フッ素貯蔵装置は、３５ｐｓｉｇ〜６５ｐｓｉｇ、特に好ましくは４０ｐｓｉｇ〜６０ｐｓｉｇの圧力でフッ素ガスを収容することができるかまたは収容する。
好ましくは、中空体のうちの少なくとも１つは、内部容積が５０Ｌ以上である。中空体のうちの１つまたは複数は、容積が５０Ｌ未満であってもよいが、その貯蔵容積は実際的な目的には小さすぎる。より好ましくは、中空体のうちの少なくとも１つは、内部容積が１００Ｌ以上である。さらにより好ましくは、中空体の各々は、内部容積が１００Ｌ以上である。特に好ましくは、中空体の各々は、内部容積が５００Ｌ以上である。もっとも好ましくは、中空体の各々は、内部容積が１０００Ｌ（１０００Ｌ＝１ｍ３）以上である。
好ましくは、中空体の各々は、内部容積が５０００Ｌ以下であり、より好ましくは３０００Ｌ以下である。
したがって、中空体の各々の内部容積の好ましい範囲は、１００Ｌ〜５０００Ｌ、より好ましくは１００Ｌ〜３０００Ｌ、もっとも好ましくは５００Ｌ〜３０００Ｌ、特に好ましくは１０００Ｌ〜３０００Ｌである。
フッ素貯蔵装置が、概して、少なくとも２５ｐｓｉｇの圧力でフッ素ガスを収容することができるかまたは収容すること、および中空体の各々が、内部容積が１００Ｌ以上であることが好ましい。フッ素貯蔵装置が、概して、少なくとも３５ｐｓｉｇの圧力でフッ素ガスを収容することができるかまたは収容すること、および中空体の各々が、内部容積が５００Ｌ以上であることがさらに好ましい。
フッ素貯蔵装置が、概して、最大４００ｐｓｉｇ、通常は７５ｐｓｉｇ以下の圧力でフッ素ガスを収容することができるかまたは収容すること、および中空体の各々の内部容積が３０００Ｌ以下であることが好ましい。
もっとも好ましいフッ素貯蔵装置は、３５ｐｓｉｇ〜６５ｐｓｉｇまでの圧力でフッ素ガスを収容することができるかまたは収容し、中空体の各々は、内部容積が５００Ｌ〜３０００Ｌである。
フッ素貯蔵装置の中空体が、概して、上述した圧力でフッ素ガスを収容することができるかまたは収容することが理解される。中空体が、上述した圧力でフッ素を収容することが特に好ましい。
本考案によるフッ素ガスプラントでは、フッ素貯蔵装置に貯蔵されるフッ素分子（Ｆ２）の、フッ素ガスプラントの１日当りのフッ素分子（Ｆ２）生成容量に対する比は、概して０．１〜１であり、好ましくは０．１〜０．２５である。
本考案によるフッ素ガスプラントでは、フッ素発生装置は、概して、溶融電解質、好ましくはＫＦおよびＨＦ含有溶融電解質の電解によりフッ素分子を生成する電解槽を備えている。
本考案によるフッ素ガスプラントでは、フッ素貯蔵装置は、好ましくはスキッドに搭載されている。
本考案によるフッ素ガスプラントでは、使用場所を、さらなる製造プラント、たとえば化学プラント、または、特に表面処理のためにフッ素を使用するプラントに接続することができる。使用場所は、微小電気機械システムを製造するプラントに、好ましくは半導体製造プラントに、特に好ましくは光起電力装置またはフラットパネルディスプレイの製造に接続されることが多い。
本考案によるフッ素ガスプラントの好ましい実施形態では、フッ素貯蔵装置は、密閉空間（８）に含まれている。特に好ましくは、フッ素貯蔵装置は、密閉空間（８）に含まれ、かつスキッドに搭載されている。密閉空間は、概して、密閉空間の、フッ素分解システム（９）への接続をトリガすることができるフッ素センサを備えている。好適には、密閉空間は、ファン（１１）に接続された吸引ライン（１０）を介してフッ素分解システムに接続されており、ファン（１１）は、密閉空間からフッ素分解システムにガスを搬送するように動作可能である。
フッ素分解システムは好ましくはスクラバである。スクラバは、好適には、アルカリ水溶液、たとえばＫＯＨ溶液と、任意選択的で、たとえばチオ硫酸ナトリウムまたはチオ硫酸カリウム等の還元剤とを収容している。
概して、フッ素分解システムは、１つまたは２つの中空体に収容されているフッ素を破壊することができる。好ましくは、フッ素分解システムは、約１つの中空体に収容されているフッ素を破壊することができる。
さらなる実施形態では、本考案によるフッ素ガスプラントは、混合装置（１２）、好ましくは静的混合装置をさらに備えており、前記混合装置は、好ましくは、フッ素発生装置（１）からフッ素を受け取ることができ、かつ不活性ガス供給ライン（１３）から好ましくはアルゴンおよび／または窒素等の不活性ガスを受け取ることができる。
本考案はまた、使用場所にフッ素ガスを供給するために本考案によるフッ素ガスプラントを使用することを含む、フッ素ガスの供給方法に関する。
図１は、本考案の例示的な好ましいフッ素プラントを示す。
フッ素発生装置（１）は、フッ素供給システム（２）に接続されており、フッ素供給システム（２）は、使用場所（３）に接続されたフッ素供給ラインを備え、使用場所（３）は、半導体製造プラントに接続されている。任意選択的な実施形態では、圧力制御ループ（１４）が、使用場所に供給されるフッ素の圧力を所望の値に調整、概して低減する。任意選択的な実施形態では、フッ素供給ラインは混合装置（１２）に接続されており、混合装置（１２）は、不活性ガス供給ライン（１３）にさらに接続されており、さらなるフッ素供給ラインが混合装置（１２）を使用場所（３）に接続している。フッ素供給システム（２）は、マニホルド（６）を介してフッ素貯蔵装置（４）にさらに接続されており、マニホルド（６）は、ラインを介してフッ素貯蔵装置の各中空体（５）に接続され、好ましくは各Ｆ２貯蔵容器において遮断弁（７）を有している。フッ素貯蔵装置は、密閉空間（８）に収容されており、密閉空間（８）は、密閉空間のフッ素分解システム（９）への接続をトリガすることができるフッ素センサを備えている。密閉空間は、ファン（１１）に接続された吸引ライン（１０）を介してフッ素分解システムに接続されており、ファン（１１）は、密閉空間からフッ素分解システム（９）にガスを搬送するように動作可能である。
参照により本明細書に組み込まれるいずれかの特許、特許出願および刊行物の開示が、用語を不明瞭にし得る程度まで本出願の記述と矛盾する場合、本記述が優先される。
図１の基本方式によるフッ素プラント（混合装置および不活性ガス供給源なし）において、フッ素発生装置（１）において溶融ＫＦ×２ＨＦ電解質におけるＨＦ電解を介して、約４１５ｋｇ／日のＦ２が生成される。Ｆ２は、フッ素供給システム（２）を介して使用場所（３）に搬送され、そこで、Ｆ２は、チャンバクリーニングのためにＦ２を使用するフラットパネルディスプレイ製造プラントに供給される。Ｆ２は、使用場所に要求に応じて供給される。
フッ素供給システム（２）およびＦ２貯蔵装置（４）におけるフッ素圧力は、Ｆ２発生装置におけるＦ２生成を適合させることにより、３．５ｂａｒｇで維持される。Ｆ２貯蔵装置（４）は、各々内部容積が１．３ｍ３である６つの同一の円柱形状容器を備えている。使用場所（３）におけるフッ素圧力は、圧力制御ループ（１４）によって１．５ｂａｒｇまでさらに低減される。
通常運転では、遮断弁（７）は開放しており、Ｆ２貯蔵装置（４）と使用場所（３）との間の圧力差により、使用場所における可変消費パターンに対してさえも、フッ素発生装置の生成中断中も、配給されるフッ素流の平滑な制御を可能にするバッファが提供される。
中空体のうちの１つの漏れが発生した場合、フッ素は、密閉空間におけるフッ素検出器を介して検出され、フッ素含有ガスを密閉空間から吸引ライン（１０）を介して、ＫＯＨ水溶液を収容しているスクラバであるフッ素分解システム（９）まで搬送するように、ファン（１１）が駆動される。スクラバは、１５ｋｇのＦ２を処理することができる。
本考案によるフッ素プラントおよび本考案による方法により、特に、チャンバクリーニングおよびエッチング等の半導体用途に対して、安定的、安全なかつ経済的なフッ素ガス供給が可能になる。特に、フッ素貯蔵システムおよび任意選択的なフッ素分解システムは非常に効率的であり、プラントの供給の安定性および高い安全性を可能にする。
１ フッ素発生装置
２ フッ素供給システム
３ 使用場所
４ フッ素ガス貯蔵装置
５ 中空体
６ マニホルド
７ 遮断弁
８ 密閉空間
９ フッ素分解システム
１０ 吸引ライン
１１ ファン

Claims (16)

  1. フッ素の使用場所（３）を有するフッ素供給システム（２）に接続されたフッ素発生装置（１）と、前記フッ素供給システムに接続可能な常設フッ素貯蔵装置（４）と、を具備し、前記フッ素貯蔵装置が複数の中空体（５）を備え、前記中空体のうちの少なくとも１つが、内部容積が５０Ｌ以上、好ましくは１００Ｌ以上であることを特徴とするフッ素ガスプラント。
  2. 前記フッ素貯蔵装置が、４個〜２５個の中空体、好ましくは５個〜８個の中空体を備えていることを特徴とする請求項１に記載のフッ素ガスプラント。
  3. 前記フッ素貯蔵装置が、２５ｐｓｉｇ〜７５ｐｓｉｇの圧力でフッ素ガスを収容することができるかまたは収容することを特徴とする請求項１または２に記載のフッ素ガスプラント。
  4. 前記フッ素貯蔵装置が、３５ｐｓｉｇ〜６５ｐｓｉｇ、好ましくは４０ｐｓｉｇ〜６０ｐｓｉｇの圧力でフッ素ガスを収容することができるかまたは収容することを特徴とする請求項３に記載のフッ素ガスプラント。
  5. 前記フッ素貯蔵装置が、フッ素供給ラインに直接接続されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のフッ素ガスプラント。
  6. 前記使用場所において、本質的にフッ素分子から構成されているフッ素ガスを配給することができことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のフッ素ガスプラント。
  7. 前記使用場所において、本質的に、好ましくは窒素およびアルゴンから選択される不活性ガスとのフッ素分子の混合物から構成されているフッ素ガスを配給することができることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のフッ素ガスプラント。
  8. 混合装置（１２）、好ましくは静的混合装置をさらに具備し、前記混合装置が、好ましくは、前記フッ素発生装置（１）からフッ素を受け取ることができ、かつ不活性ガス供給ライン（１３）から不活性ガスを受け取ることができることを特徴とする請求項７に記載のフッ素ガスプラント。
  9. 前記フッ素発生装置が、溶融電解質、好ましくはＫＦおよびＨＦ含有溶融電解質の電解によりフッ素分子を生成する電解槽を備えていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のフッ素ガスプラント。
  10. 前記フッ素貯蔵装置が、密閉空間（８）に含まれ、前記フッ素貯蔵装置が、好ましくはスキッドに搭載されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のフッ素ガスプラント。
  11. 前記密閉空間（８）が、前記密閉空間の、フッ素分解システム（９）好ましくはスクラバへの接続をトリガすることができるフッ素センサを備えていることを特徴とする請求項１０に記載のフッ素ガスプラント。
  12. 前記フッ素分解システムが、１つまたは２つの中空体に収容されるフッ素を破壊することができることを特徴とする請求項１１に記載のフッ素ガスプラント。
  13. 前記フッ素貯蔵装置に貯蔵された前記フッ素分子（Ｆ２）の、前記フッ素ガスプラントの１日当りのフッ素分子（Ｆ２）の生成容量に対する比が、０．１〜１、好ましくは０．１〜０．２５であることを特徴とする請求項１２に記載のフッ素ガスプラント。
  14. 前記使用場所が、半導体製造プラント、好ましくは光起電力装置またはフラットパネルディスプレイの製造に接続されることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載のフッ素ガスプラント。
  15. 前記フッ素貯蔵装置が、３５ｐｓｉｇ〜６５ｐｓｉｇの圧力でフッ素ガスを収容することができるかまたは収容し、前記中空体の各々が、内部容積が５００Ｌ〜３０００Ｌであることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載のフッ素ガスプラント。
  16. フッ素ガスを使用場所に供給するために請求項１〜１５のいずれか一項に記載のフッ素ガスプラントを使用するステップを含むことを特徴とするフッ素ガスの供給方法。
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